核酸化学修饰及其功能
核酸的结构和功能
缠绕1.75圈 约140~160bp
60bp
核心颗粒 2 (H2A·H2B ·H3 ·H4 )
染色质纤维
人类46条染色体的DNA总长可达 1.7m，经过螺旋化压缩，实际总 长只有200nm。
中心法则 (Central Dogma)
Replication
Reverse transcription
OH
HN
HCH3
H
H
ON
H
胸腺嘧啶 thymine
（T）
DNA
胸腺嘧啶 (T)
腺嘌呤 (A)
鸟嘌呤 (G)
胞嘧啶 (C)
RNA
尿嘧啶 (U)
（二）戊糖
HOH2C5’ O OH
4’
1’
3’ 2’
OH OH
β-D-2-核糖
核糖 (Ribose) 构成 RNA
HOH2C5’ O OH
4’
1’
3’ 2’
（2）碱基互补配对：AT配对（两个氢键）， GC配对（三个氢键）；碱基对平面垂直纵轴 （3）右手双螺旋：螺距为3.4 nm，直径为2.0 nm，10.5 bp/圈
（4）表面功能区：小沟较浅；大沟较深，是蛋 白质识别DNA碱基序列的基础 （5）维持结构稳定的力量：氢键维持双链横向 稳定，碱基堆积力维持螺旋纵向稳定
脱氧 d
碱基 A G T C U
磷酸基数目 M D T
磷酸 P
• DNA、RNA组成异同
DNA与RNA在组成成份上略有不同：
DNA
RNA
磷酸 碱基
戊糖
磷酸 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胞嘧啶（C） 胸腺嘧啶（T） D-2脱氧核糖（dR）
磷酸 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胞嘧啶（C） 尿嘧啶（U）
核酸 适配体 化学修饰
核酸适配体化学修饰
核酸适配体是指一种能够与特定核酸序列结合的分子，通常用
于识别和结合特定的DNA或RNA序列。
核酸适配体可以通过化学修
饰来增强其与目标核酸的结合能力和特异性。
化学修饰是指在核酸
适配体分子上引入化学基团或化学修饰物，以改变其性质和功能。
这些化学修饰可以包括磷酸化、甲基化、糖基化等。
通过化学修饰，可以调节适配体与目标核酸的亲和力、稳定性和特异性，从而提高
其在生物学和医学应用中的效果。
从核酸适配体的角度来看，化学修饰可以改变其空间构象和电
荷分布，从而影响其与目标核酸的结合方式和亲和力。
这对于设计
和优化核酸适配体的特异性和选择性非常重要。
化学修饰还可以增
强适配体的稳定性，延长其在生物体内的半衰期，从而提高其在药
物输送和基因调控等领域的应用潜力。
从化学修饰的角度来看，核酸适配体的化学修饰可以通过合成
有机化学方法来实现，例如在合成核酸适配体的过程中引入不同的
化学基团或修饰物。
这需要精确控制反应条件和修饰位置，以确保
修饰的稳定性和一致性。
此外，化学修饰也需要考虑其对适配体的
生物相容性和毒性，以确保其在生物体内的安全性和有效性。
总之，核酸适配体和化学修饰在生物医学领域具有广泛的应用前景，通过合理设计和优化，可以提高其在基因诊断、药物输送、基因治疗等方面的应用效果，为生命科学和医学研究带来更多可能性。
生物化学第二章核酸化学
核酸分类及命名规则
核酸可分为DNA和RNA两大类，根据来源不同可分为基因组DNA、病毒DNA、mRNA、tRNA、 rRNA等。
核酸的命名通常包括种类、来源和特定序列信息，如人类基因组DNA可命名为hgDNA，mRNA可命 名为信使RNA等。
02
DNA结构与性质
DNA双螺旋结构模型
DNA由两条反向平行的多核苷酸链 组成，形成右手螺旋结构。
长约21nt的双链RNA，可引导RISC复合物识别并切割靶mRNA，实现基因沉默。
其他小分子RNA
如piRNA、snoRNA等，在基因表达调控、RNA修饰等方面发挥作用。
04
核酸理化性质与分离纯化方法
核酸溶解度和沉淀条件
溶解度
核酸在不同溶剂中的溶解度不同，一般易溶于水，难溶于乙醇、乙醚等有机溶 剂。其溶解度受温度、pH、离子强度等因素的影响。
非同源重组
发生在非同源序列之间的重组过程。这种重 组不依赖于序列之间的相似性，而是通过一 些特殊的蛋白质和酶的作用来实现DNA片 段的连接。非同源重组可能导致基因的重排 和染色体的不稳定，进而对生物体产生遗传 影响。
07
总结与展望
核酸化学领域重要成果回顾
核酸结构与功能研
究
揭示了DNA双螺旋结构和RNA多 种功能，阐明了遗传信息存储、 传递和表达机制。
05
核酸酶及其作用机制
限制性内切酶和外切酶作用方式
限制性内切酶
识别DNA分子中的特定核苷酸序 列，并在该序列内部进行切割， 产生特定的DNA片段。
外切酶
从DNA或RNA链的末端开始，逐 个水解核苷酸，释放单个的核苷 酸或寡核苷酸。
DNA连接酶在基因工程中应用
连接DNA片段
核酸的结构和功能
一、核酸的化学组成
1. 元素组成 C、H、O、N、P（9~10%）
2. 分子组成
碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱
核苷
核苷酸
戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖
磷酸(phosphate)
目录
碱基
N 7
8 9 NH
5 6 1N
43 2 N
嘌呤(purine)
NH2 N
N
NH
N
腺嘌呤(adenine, A)
"for their discoveries concerning the molecular structure of nucleic acids and its significance for information transfer in living material"
Francis Harry Compton Crick
James Dewey Watson
Maurice Hugh Frederick Wilkins
（二） DNA双螺旋结构模型要点
（Watson, Crick, 1953）
DNA分子由两条相互平行但走 向相反的脱氧多核苷酸链组成， 两链以”脱氧核糖-磷酸” 为 骨架，以右手螺旋方式绕同一 公共轴盘。螺旋直径为2nm， 形成 大沟 (major groove) 及小 沟(minor groove)相间。
60S
4718个核苷酸 160个核苷酸 120个核苷酸
占总重量的35%
三种RNA内容小结
mRNA
tRNA
结 单链
局部双链
构 5'—m7GpppNm、 三叶草形、倒L形
NNHHN22H2
N
NNN
核酸修饰的生物学意义和临床应用
核酸修饰的生物学意义和临床应用核酸是生命体中重要的分子，它们承担着基因信息的传递和蛋白质合成的功能。
为了使核酸在细胞内发挥更为灵活多样的生物学功能，生物体通过对核酸进行化学修饰来扩展其多样性和复杂性。
对核酸的化学修饰已经成为生命科学领域的研究热点，其在生物学及临床医学中的应用前景广阔。
1.核酸修饰的生物学意义核酸修饰是指在核酸分子中特定位置上引入不同的化学基团，改变其化学结构和生物学性质。
核酸修饰在基因表达、RNA加工、翻译和调控等方面发挥着重要作用。
下面我们来介绍几个常见的核酸修饰类型及其生物学意义。
（1）糖基化糖基化是指在核酸的糖基上修饰一些糖分子，如甲基化、羟甲基化、乙酰化、葡萄糖基化等。
这些糖基因素影响核酸的结构和功能，进而影响基因表达。
例如，糖基化可以使DNA变得更加致密，使染色体产生更强的紧密度，保护基因不受外界的损伤。
（2）甲基化甲基化是指通过向DNA链上添加甲基基团来修饰DNA。
这种修饰可以改变DNA双链的结构，进而影响基因表达。
这种修饰还可以通过调节DNA结构来控制DNA复制和维持每个细胞中DNA的相对稳定性。
（3）氧化修饰氧化修饰是指通过对DNA链进行氧化处理，并引入一些有机基团进行修饰。
这种修饰可以抑制DNA的复制，减少遗传变异等，同时还可以参与细胞信号传递等功能。
（4）RNA修饰RNA修饰是指在RNA分子中加入一些化学基团，如甲基、脱氧核苷酸、二硫键等。
这些修饰可以影响RNA的结构、稳定性和功能。
例如N6-methyladenosine（m6A）修饰是RNA修饰中最为常见的一种。
m6A修饰通过介导RNA的裂解和降解来调节RNA 的稳定性和转录后修饰。
2. 核酸修饰在临床中的应用随着对核酸修饰的研究不断深化，核酸修饰已经成为生物医学领域的新热点。
下面我们来看看核酸修饰在临床医学中的应用。
（1）RNA修饰在肿瘤生物学中的应用m6A修饰在癌症中的发生和发展中扮演着重要的角色。
一旦m6A修饰失调，会影响RNA的稳定性、可读性和翻译效率，进而促进癌细胞的生长和转移。
【高中生物】核酸的结构与生物学功能
（生物科技行业）核酸的结构与生物学功能核酸的结构与生物学功能核酸是生物体内极其重要的生物大分子，是生命的最基本的物质之一。
最早是瑞士的化学家米歇尔于1870年从脓细胞的核中分别出来的，由于它们是酸性的，并且最先是从核中分其他，故称为核酸。
核酸的发现比蛋白质晚得多。
核酸分为脱氧核糖核酸（简称DNA）和核糖核酸（简称RNA ）两大类，它们的基本结构单位都是核苷酸（包含脱氧核苷酸）。
1 ．核酸的基本单位——核苷酸每一个核苷酸分子由一分子戊糖（核糖或脱氧核糖）、一分子磷酸和一分子含氮碱基组成。
碱基分为两类：一类是嘌呤，为双环分子；另一类是嘧啶，为单环分子。
嘌呤一般均有A、G2种，嘧啶一般有C、 T、 U3种。
这 5 种碱基的结构式以以下图所示。
由上述结构式可知：腺嘌呤是嘌呤的 6 位碳原子上的 H 被氨基取代。
鸟嘌呤是嘌呤的 2 位碳原子上的 H 被氨基取代， 6 位碳原子上的 H 被酮基取代。
3 种嘧啶都是在嘧啶 2 位碳原子上由酮基取代 H ，在 4 位碳原子上由氨基或酮基取代 H 而成，对于 T，嘧啶的 5 位碳原子上由甲基取代了 H 。
凡含有酮基的嘧啶或嘌呤在溶液中可以发生酮式和烯醇式的互变异构现象。
结晶状态时，为这类异构体的容量混杂物。
在生物体内则以酮式占优势，这对于核酸分子中氢键结构的形成特别重要。
比方尿嘧啶的互变异构反应式以以下图。
酮式（ 2 ， 4–二氧嘧啶）烯酸式（ 2 ， 4 –二羟嘧啶）在一些核酸中还存在少量其他修饰碱基。
由于含量很少，故又称微量碱基或稀有碱基。
核酸中修饰碱基多是 4 种主要碱基的衍生物。
tRNA 中的修饰碱基种类很多，如次黄嘌呤、二氢尿嘧啶、 5 –甲基尿嘧啶、 4 –硫尿嘧啶等， tRNA 中修饰碱基含量不一，某些tRNA中的修饰碱基可达碱基总量的10 ％或更多。
核苷是核糖或脱氧核糖与嘌呤或嘧啶生成的糖苷。
戊糖的第 1 碳原子（ C1）平时与嘌呤的第 9 氮原子或嘧啶的第 1 氮原子相连。
核酸 适配体 化学修饰
核酸适配体化学修饰全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：核酸（nucleic acid）是生物体内的一类重要大分子，包括DNA（脱氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸）。
在生物体内，核酸通过碱基配对形成双螺旋结构，参与到遗传信息的传递和蛋白质的合成等生物活动中。
纯天然的核酸分子在应用过程中常常存在稳定性差、易被核酶降解等问题，限制了其在生物医学领域的应用。
为了克服这些问题，科学家们通过对核酸分子进行化学修饰，提高了核酸的稳定性、生物活性和靶向性，使其在药物研发、诊断技术和基因工程等领域发挥了更广泛的应用。
适配体（aptamer）是一类具有高度亲和力和特异性的分子，在靶向治疗、分子诊断和生物传感等领域展现出了广阔的应用前景。
适配体是一种能够特异性与靶标结合的寡核苷酸或多肽，通常由实验室中通过体外筛选技术获得。
适配体通过具有高度特异性的结合性质，可以用于实现对各种生物分子的选择性识别和干预，具有广泛的应用潜力。
适配体的结合强度和特异性能够调控其在生物医学领域的应用，尤其在肿瘤治疗和传感器开发中具有重要意义。
为了提高适配体的稳定性和生物活性，科学家们通常会对适配体进行化学修饰。
化学修饰是指在适配体的骨架结构上引入不同的化学官能团，以改善其性质和功能。
常用的化学修饰方法包括碱基修饰、糖基修饰和磷酸修饰等。
这些化学修饰可以改变适配体的亲和性、稳定性和靶向性，从而提高其在药物输送、疾病诊断和生物传感器等领域的应用性能。
化学修饰是提高适配体稳定性、生物活性和靶向性的重要手段，对于拓展适配体的应用领域和提高其应用效果具有重要意义。
未来，随着化学修饰技术的不断发展和完善，适配体在肿瘤治疗、分子诊断和生物传感器等领域的应用前景将更加广阔，为生物医学研究和临床应用带来更多的机会和挑战。
【文章结束】第二篇示例：核酸适配体是一种广泛应用于生物医荬学领域的小分子，它可以与核酸序列特异性结合并发挥一系列生物学功能。
而化学修饰则是将一些化学物质引入核酸适配体分子中，以改变其性质和功能。
核酸修饰与功能分析
核酸修饰与功能分析核酸修饰是指在DNA或RNA分子上引入结构上的改变，通过这些改变可以影响核酸的特定功能。
核酸修饰在生物学研究领域中具有重要的作用，能够揭示核酸的生物学功能及其调控机制。
本文将介绍核酸修饰的概念、类型以及其在功能分析中的应用。
一、核酸修饰概述核酸修饰是指通过在DNA或RNA分子上引入化学修饰基团而改变其结构或功能的一种方法。
核酸修饰可以发生在核苷酸的碱基、磷酸骨架以及核苷酸末端等位置。
常见的核酸修饰包括：甲基化、糖基化、脱氧核糖甲基化等。
这些修饰可以通过化学反应或酶催化过程来引入。
二、核酸修饰类型及其功能1. 甲基化修饰：甲基化是DNA和RNA最常见的修饰方式之一。
DNA甲基化通常发生在胞嘧啶碱基的C5位，可以通过甲基转移酶催化完成。
这种修饰方式在多个生物学过程中起到关键的调控作用，包括基因表达调控、基因组稳定性维持等。
RNA甲基化可以通过RNA甲基转移酶催化完成，调节RNA的加工、转运和功能。
2. 糖基化修饰：糖基化是指在核酸分子的磷酸骨架上引入糖基。
这种修饰方式可以影响核酸的稳定性、折叠结构和相互作用。
糖基化修饰在RNA的剪接、翻译和降解等过程中起到重要的调控作用。
3. 脱氧核糖甲基化修饰：脱氧核糖甲基化是指在DNA分子的脱氧核糖上引入甲基。
这种修饰方式在DNA修复、基因表达和染色质结构等方面具有重要的功能。
三、核酸修饰与功能分析核酸修饰对于揭示核酸的功能及其调控机制具有重要的作用。
在功能分析中，人们常常利用修饰特异性的抗体或酶来检测和定位特定的修饰。
下面将介绍几种常用的核酸修饰分析方法：1. 甲基化分析：甲基化的检测通常通过甲基化特异性的抗体或特定的酶来实现。
例如，甲基化特异性的抗体可以用于免疫沉淀等技术，从而检测甲基化的位置和丰度。
此外，亚硝酸盐测序、二甲亚砜测序等方法也可以用于甲基化分析。
2. 糖基化分析：糖基化修饰通常通过酶切和质谱等技术进行分析。
酶切技术可以用于检测糖基化修饰在核酸分子上的位置和丰度。
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核酸化学修饰及其功能
核酸分子是生命体中不可或缺的重要分子之一。
由于生化反应的复杂性和多样性，通过化学修饰来改变核酸分子的生化性质和功能已成为一种有效的手段。
核酸化学修饰是指通过在核酸分子上加入化学修饰基团的方式来改变其结构和性质。
常见的核酸化学修饰包括甲基化、羟甲基化、氨基化、磷酸化、硫酸化和糖基化等。
这些化学修饰可以影响核酸的稳定性、修饰翻译、转录、解旋、配对和切割等生物学过程，从而改变其功能和表达。
在DNA分子中，甲基化修饰是最常见的化学修饰方式之一。
甲基化修饰通常会发生在DNA碱基Cytosine的第五个碳原子上，被称为5-甲基胞嘧啶（5-mC）。
这种修饰方式在哺乳动物的基因调控和表观遗传学中发挥着重要的作用。
在基因启动子区域，甲基化可以抑制基因的转录，并且与组蛋白修饰和DNA甲基转移酶的活动紧密相关。
此外，甲基化在胚胎发育、细胞分化和染色体不稳定性调控中也具有重要作用。
除了DNA甲基化之外，RNA分子也可以通过化学修饰来改变其结构和功能。
随着越来越多的研究揭示了RNA修饰在调控蛋白质翻译、mRNA剪接、RNA降解和信号转导等方面的重要作用，已经被认识到RNA修饰是生命体中的另一个重要分子水平。
RNA
修饰包括甲基化、羟甲基化、磷酸化和糖基化等化学修饰方式。
特别地，在长非编码RNA中，RNA 5-羟甲基胞嘧啶（5-hmC）的
修饰方式具有调节基因表达和表观遗传学上的重要作用。
然而，由于核酸化学修饰本身的多样性和复杂性，加上化学合
成技术的限制，化学修饰核酸分子的过程仍然面临各种技术难题。
因此，在核酸化学修饰方面，需要解决的问题包括：如何选择修
饰方式和修饰剂，如何有效地合成和标记修饰核酸分子，如何分
析和识别不同种类的化学修饰。
随着一系列研究工作的开展以及化学合成技术的进步，已经获
得了许多具有生物学意义的核酸化学修饰剂，并且成功地应用于
体外和体内核酸分子的修饰和功能研究。
例如，通过引入氨基甲
酸（NH2-CH2-COOH）基团的方式，可以将标记分子引入RNA
分子，并且利用质谱等技术对其进行定量检测。
通过化学合成的
方法，可以合成和标记不同种类的核酸分子，以研究其结构和结
构-功能相关性。
近年来，获得了越来越多可控化学修饰核酸分子
的方法，以及基于化学修饰的药物分子的开发，这些成果将为今
后的核酸修饰研究和应用开辟新的途径和空间。
总之，核酸化学修饰作为一种有力的调控核酸分子生物学功能的手段，已经越来越引起科学家的关注和兴趣。
通过深入研究化学修饰的种类、表达和机制等方面，将有望深刻理解生命体的生物学机理和调控网络。